Приветствую вас мои космические друзья! Всех с пятницей!
Современные атомные подводные лодки способна запускать баллистические ракеты, находясь под водой. Так почему бы не запустить ракеты с полезной нагрузкой на орбиту Земли из-под воды?
И хотя теоретически это возможно, орбитальные ракеты не запускаются из-под воды из-за проблем, связанных с ее плотностью, которая значительно увеличивает давление и сопротивление внутри сопла и камеры сгорания ракетного двигателя, и давление на конструкцию самой ракеты. Инфраструктура, необходимая для такого запуска, также добавит дополнительных проблем и затрат.
Так почему подводные лодки имеют возможность запускать баллистические ракеты находясь под водой?
Перед запуском подводная лодка сначала должна подняться на глубину менее 50 метров ниже поверхности воды. Затем внутри ракетной шахты вода испаряется с помощью взрывного заряда, и пар выталкивает ракету из ракетной шахты придавая ей импульс. После того, как ракета поднимается над поверхностью воды, датчики движения обнаруживают замедление ракеты, что приводит к запуску ракетных двигателей и запуску ракеты по запланированной траектории. И тут важно отметить, что ракета не запускает свои двигатели, пока она находится под водой. Существуют множество причин почему баллистическая ракета, не запускает свои двигатели, находясь под водой.
Идея запуска ракеты-носителя на орбиту из-под воды не нова. В самый разгар космической гонки между СССР и США была предложена одна такая идея.
Ракету называли "Морской дракон" - Sea Dragon. Это должна была быть гигантская 150-метровая ракета, которая затмила бы собой 110-метровую ракету "Сатурн-5". Она была предложена Робертом Труаксом из компании Aerojet в 1962 году. Предложенная ракета представляла бы собой двухступенчатую ракету-носитель, построенную в сухом доке.
Ее должны были отбуксированную в море, а затем частично погрузить в воду путем заполнения балластной ступени водой, что привело бы ракету в вертикальное положение для запуска.
Первоначально концепция и дизайн ракеты вызвали интерес у космического агентства НАСА, но ввиду наличия ракеты-носителя, способной достичь Луны, и достаточного количества межконтинентальных баллистических ракет для использования при запусках полезного груза на орбиту, такой огромный и дорогостоящий проект не был реализован.
И хотя в качестве основных причин отказа от разработки ракеты указывалось отсутствие спроса на тяжелую ракету-носитель, а также сокращение бюджета, однако существует ряд существенных проблем в создании и запуске орбитальной ракеты из-под воды.
Хотя теоретически решить эти проблему можно, наибольшие трудности представляют следующие факторы:
- Давление воды
- Плотность воды и ее сопротивление
- Размер и масса ракеты
- Водонепроницаемость конструкции ракеты
1) Давление воды
Для эффективной работы ракетного двигателя и создания максимальной тяги давление горячих газов, выходящих из сопла, должно быть равно давлению окружающей среды.
На уровне моря давление воздуха составляет 1 атмосферу. Но оно быстро уменьшается с высотой до 0,2 атмосфер на высоте 12 км и всего до 0,06 атмосфер на высоте 50 км. Это делает невозможным для одной конструкции сопла ракетного двигателя поддерживать максимальную эффективность на протяжении всего полета.
Именно по этой причине ракетные двигатели, оптимизированные для работы на уровне моря и в условиях вакуума, имеют сопла разной конструкции и разного размера, что позволяет оптимизировать производительность как вблизи поверхности Земли, так и в верхних слоях атмосферы. Давление воздуха также напрямую связано с его плотностью, что объясняет, почему воздух вблизи поверхности планеты намного плотнее, чем воздух в верхних слоях атмосферы.
Однако разница в плотности между воздухом на уровне моря и верхними слоями атмосферы практически несущественна при сравнении разницы между плотностью воздуха и воды. Плотность воды составляет 997 кг/м³, в то время как плотность воздуха на уровне моря составляет 1,225 кг/м³. Это означает, что вода примерно в 814 раз плотнее воздуха, или, другими словами, плотность воздуха составляет всего 0,12% от плотности воды.
Это создает огромную проблему при запуске ракетного двигателя под водой. Величина давления воды, давящая на горячие газы, которые пытаются выйти наружу, создаст огромное давление внутри камеры сгорания и сопла ракетного двигателя. Внутреннюю структуру ракетного двигателя придется не только значительно усилить, чтобы справиться с дополнительным ростом давления в камере сгорания и сопле, но и создать значительную дополнительную тягу для вытеснения плотной воды.
Даже если бы это было возможно, это создало бы огромную проблему, как только сопло ракетного двигателя окажутся вне воды. 814-кратная разница в давлении между водой и воздухом мгновенно сделает сопло недорасширенным. Поскольку горячие газы должны создавать достаточное давление, чтобы пройти через плотную воду, на выходе из сопел они будут создавать давление, значительно превышающее давление окружающего воздуха, что сделает работу двигателя крайне неэффективной и создаст ряд дополнительных проблем.
2) Плотность воды и ее сопротивление
До запуска более 85% массы ракеты составляет ее топливо. И подавляющее большинство этого топлива тратится только на то, чтобы вывести ракету-носитель из атмосферы Земли.
Существуют две основные причины, по которым так много энергии тратится на столь раннем этапе выведения ракеты, — это сильное гравитационное притяжение Земли, а также ее плотная атмосфера. Именно последнее из двух обстоятельств усложняет потенциальный запуск ракеты из-под воды.
Воздух в нашей атмосфере очень плотный. Его молекулы вызывают сопротивление и трение, когда некий объект движется через него на большой скорости. Ракета летящая на сверхзвуковой скорости, испытывает огромное сопротивление, поскольку ей приходится проталкиваться через молекулы воздуха, используя при этом большое количество энергии.
Однако, как уже было сказано выше , вода примерно в 814 раз плотнее воздуха, это обстоятельство сделает "проталкивание" ракеты через эту плотную среду еще более трудной задачей.
Хотя концепция "Морского дракона", предложенная в 1960-х годах, так и не получила дальнейшего развития, она, по крайней мере, решила эту проблему, поскольку ракета была погружен под воду лишь частично, и только первая ступень ракеты находилась ниже поверхности воды.
3) Размер и масса ракеты
Другим фактором, который необходимо учитывать, является размер и масса ракеты. Современные баллистические ракеты, запускаемые с подводных лодок имеет относительно небольшие размеры и массу. Ракеты запускаемые на орбиту имеют намного большие размеры. Не существует ни одной подводной лодки и другой инфраструктуры, которые были бы способны осуществить запуск такой ракеты из-под воды.
Это означает, что для осуществления полностью подводного запуска потребуется разработать совершенно новый тип пусковой установки, что будет не только чрезвычайно дорого, но и технически сложно и проблематично, из-за особенностей морской воды и океанических течений.
Одним из вариантов был предложен в концепции проекта "Морской дракон". Можно было бы построить ракету в сухом доке, а затем отбуксировать в море и частично погрузить ее под в воду с помощью балласта.
4) Водонепроницаемость
Конструкция ракеты далека от водонепроницаемости. За исключением таких компонентов, как топливные баки и капсулы пилотируемых кораблей , большая часть ракеты не является герметичной и водонепроницаемой.
Область вокруг двигателя особенно подвержена потенциальному проникновению воды, так как по всей ее поверхности имеется множество технологических отверстий, которые используются для вентиляции.
Полная герметизация орбитальной ракеты, будет утомительной и сложной задачей. Компоненты и процессы, требующие вентиляции, также должны быть переработаны и разработаны их альтернативы.
Баллистические ракеты используемые при запуске с борта подводных лодок, заполняются азотом, чтобы предотвратить попадание морской воды в течение короткого периода ее воздействия, но это будет нереалистичное и непрактичное решение для большой многоступенчатой орбитальной ракеты.
Вывод
И так. Хотя запуск ракеты из-под воды, вдали от населенных пунктов, в теории кажется хорошей идеей. Однако на практике это создает массу проблем.
И хотя это теоретически возможно, как проиллюстрировала концепция "Морского дракона" и уже было реализовано в гораздо меньших масштабах в виде баллистических ракет, запускаемых с подводных лодок, полное погружение и запуск полномасштабной орбитальной ракеты нереалистичны.
Ну а на сегодня у меня все. Спасибо за внимание!